Главная / Отопление / Отопительные приборы / Как сделать солнечный водонагреватель своими руками
Солнечный водонагреватель на крыше

Как сделать солнечный водонагреватель своими руками

Человечество активно жжёт нефть, газ, уголь, торф, дрова и другие виды топлива, чтобы обеспечить себе комфортное существование, приготовление пищи и реализацию других потребностей. Тем самым оно засоряет атмосферу, отравляя природу в собственном доме. Замкнутый круг. Разорвать его можно, только используя альтернативные источники энергии, одним из которых является солнечный свет. Он поможет вырабатывать электричество, греть воздух или воду при помощи устройств, которые можно изготовить собственноручно.

Как работают солнечные водонагреватели, в чём выгода

Распространёнными способами использования энергии солнца в настоящее время являются два направления: выработка электроэнергии и прямой нагрев воды для хозяйственных и санитарных нужд. Накопленный опыт технических решений в этом направлении говорит об их достаточной эффективности, следствием чего становится значительная экономия затрат на отопление и горячее водоснабжение.

Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы могут применяться для отопления и нагрева воды не только в летнее время, но и в течение всего года

Разовые затраты на изготовление позволят в дальнейшем регулярно получать бесплатное тепло и использовать его по своему усмотрению.

Классификация солнечных водонагревателей

Устройства для утилизации солнечной энергии можно условно разделить на виды по разным признакам. Например, по применяемому способу циркуляции теплоносителя:

  1. Устройства, в которых используется естественная циркуляция. В этом случае нагретая вода, имеющая меньшую плотность, естественным образом поднимается по ёмкости и попадает в накопитель. Во избежание потерь тепла накопитель нужно изолировать с применением рулонных утеплителей. Характерными особенностями такого технического решения является вертикальное или наклонное расположение регистров нагрева и необходимость установки бака-накопителя выше уровня верхней части теплообменника.
    Схема водонагревателя с естественной циркуляцией

    Движение жидкости осуществляется не при помощи насоса, а за счёт разной плотности

  2. Агрегаты с принудительным обращением теплоносителя. Для этого применяются маломощные, но довольно эффективные циркуляционные насосы. При такой конструкции накопитель тёплой воды можно располагать в любом месте, включая подвал. При использовании бойлера косвенного нагрева в качестве теплоносителя можно использовать масло, чаще всего применяется трансформаторное.
    Схема солнечного водонагревателя с насосом

    Чтобы горячая вода не остывала, бак необходимо утеплить

Можно разделить водонагреватели по конструкционным особенностям греющего коллектора:
  1. Вакуумные. Их устройство представляет собой колбу из кварцевого стекла, внутри которой располагаются элементы нагревательного устройства. Кварцевое стекло свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, что позволяет согревать воду до образования пара, а если применяется масло, то его температура может достигать 250–300 градусов. Воздух из колбы откачивается, что предотвращает рассеивание светового потока и повышает эффективность системы. Изготовить такой нагреватель в домашних условиях практически невозможно, а заводские изделия стоят довольно дорого. Но, учитывая высокую эффективность таких устройств, на такую трату можно согласиться, ведь они работают зимой, летом и в пасмурную погоду.
    Вакуумный гелиевый коллектор

    Вакуум является лучшим теплоизолятором, поэтому потери тепла в коллекторе минимальны

  2. Панельные. В таких конструкциях в качестве теплообменника используются плоские панели, например, стальные штампованные радиаторы отопления. По сравнению с первыми, такие устройства гораздо менее эффективны, большое количество тепла теряется в процессе прохождения по сети водоснабжения и в самом коллекторе. Панели нужно упаковать в корпус из материала с низкой теплопроводностью, верхнюю стенку изготовить из стекла, поликарбоната или прозрачного пластика. Но ни один из этих материалов не пропускает ультрафиолетового излучения, что и является причиной их пониженной эффективности.
    Панельный солнечный коллектор

    В конструкциях используются плоские панели

Классификация по типу греющего контура:

  • разомкнутые — это самая простая система для организации в доме горячего водоснабжения. При этом нагретая вода не возвращается в нагреватели, а расходуется на покрытие бытовых потребностей;
  • одноконтурные системы — подогретая в коллекторе вода после прохождения системы отопления возвращается обратно. Схема оборота воды из солнечного коллектора встраивается в отопительную систему и работает с принудительной циркуляцией через узел подмеса;
    Схема одноконтурной системы

    В одноконтурной системе потребляемая горячая вода циркулирует через солнечный коллектор и бак

  • двухконтурные — нагретый теплоноситель подаётся в бойлер косвенного нагрева, где отдаёт тепло находящейся в нём воде. Охлаждённый возвращается в коллектор солнечного нагревателя. В первичном контуре при такой организации целесообразно использовать масло. Вода из вторичного контура может использоваться как в системе отопления, так и в схеме горячего водоснабжения дома. Бойлер рекомендуется утеплять дополнительно для снижения потерь энергии.
    Схема двухконтурной системы солнечного водонагревателя

    Контуры циркуляции незамерзающей жидкости и расходной воды разделены

Ориентируясь по принципу действия, можно разделить водонагреватели на активные и пассивные:

  • пассивные системы — приёмный бак всегда находится над коллектором, циркуляция воды происходит естественным образом. Устройство не требует дополнительного инструментального контроля. Недостатком такой системы является неравномерная работа и скачкообразные показатели по мощности. Применяется для временных установок типа летнего душа или сезонного использования в системе горячего водоснабжения дома или оросительных сетях для полива огорода;
    Пассивный солнечный водонагреватель

    Пассивные системы можно использовать только в летнее время

  • активные — такие системы, как правило, оснащаются циркулярными насосами, контроллерами температуры и давления. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и распределяется. Можно применять такие устройства в течение круглого года при соответствующих настройках.
    Активный солнечный водонагреватель

    Солнечный водонагреватель активного типа может работать в любую погоду

Особняком стоят коллекторы воздушные, в которых преобразование энергии производится нагревом воздуха, естественным образом попадающего в атмосферу помещения. К недостаткам такого способа можно отнести ограниченность применения по времени года, поскольку летом такая функция не востребована.

Принцип работы воздушного солнечного коллектора

Воздушный солнечный водонагреватель имеет самое простое устройство

Какой солнечный водонагреватель лучше изготовить своими руками

Выбор конструкции и вида солнечного водонагревателя зависит от назначения устройства. Простейшим по исполнению является летний душ.

Строительство летнего душа

Для устройства этого объекта нужно сделать кабинку. Можно использовать любой водостойкий листовой материал. Главное требование — удобство применения и прочность каркаса, поскольку ёмкость придётся размещать на крыше.

В качестве ёмкости можно использовать бак грузового автомобиля. Он идеально подходит по форме, окрашен в чёрный цвет и снабжён как заливным, так и сливным отверстиями. Параллельно с коллекторным баком устанавливается ёмкость для холодной воды, которую нужно защитить от воздействия солнечных лучей. Из дополнительного оборудования применяется только смеситель.

Бак для летнего душа

В качестве ёмкости для воды используется бак чёрного цвета

От летнего душа часто практикуется подача горячей воды в летнюю кухню. Это зависит от места её расположения, поэтому важна предварительная планировка подворья с учётом и этого обстоятельства.
Схема летнего душа с солнечным водонагревателем

Летний душ с солнечным водонагревателем, сделанным своими руками, надёжен и экономичен

Горячее водоснабжение дома

Горячая вода в загородном доме нужна в холодное время года, поскольку летом в доме только отдыхают, остальные потребности удовлетворяются летней кухней, сезонным душем и бассейном, в которых можно просто устроить солнечные нагреватели.

Для межсезонья и холодного времени года использование солнечной энергии связано с дополнительными затратами на утепление коллекторов и трубопроводов к ним.

Монтаж водяного коллектора можно производить с использованием циркуляционного насоса, бойлера косвенного нагрева и приборов контроля за температурой и давлением в системе. В изолированном первичном контуре целесообразно использование в качестве теплоносителя минерального трансформаторного масла, имеющего большую теплоёмкость по сравнению с водой и пониженную температуру замерзания. Однако при любом теплоносителе в систему нужно встроить котёл дополнительного нагрева на случай сильных морозов. Для этой цели лучше применять индукционный нагреватель, который легко изготовить своими руками с использованием сварочного инвертора. Его включение в работу можно устроить в автоматическом режиме, если речь идёт о дачном доме без постоянного проживания. Индукционный котёл не является объектом поднадзорности технических служб.

Вода из бойлера косвенного нагрева может быть использована как в бытовых целях, так и на отопление.

Солнечный коллектор для горячего водоснабжения и отопления

Для горячего водоснабжения и отопления загородного дома лучше использовать двухконтурный коллектор

Расчёт мощности солнечного коллектора

По фактическим расходам считается, что для удовлетворения потребности одного человека в горячей воде требуется от двух до четырёх киловатт тепловой энергии.

Для примера произведём расчёт мощности для реальных условий Подмосковья.

Исходные данные:

  1. Основываясь на данных, приведённых в таблице поступления солнечной энергии в различных регионах России, площадь поглощения составит 2,35 м2.
  2. Показатель инсоляции для Подмосковья составляет 1173,7 киловатта в час с квадратного метра.
  3. Коэффициент полезного действия коллекторов составляет 0,67–0,8. Целесообразно использовать первый показатель, характерный для самодельных конструкций и устаревших моделей.
  4. Величина угла наклона будет использована оптимальная для региона. В первом приближении он должен быть равён величине географической широты места нахождения преобразователя.
Карта инсоляции России

Показатель инсоляции зависит от региона

Расчёт площади поглощения солнечной энергии для одной трубки, учитывая, что приведённая величина соответствует коллектору из 15 элементов: 2,35 м2 / 15 шт. = 0,15 м2. Соответственно, приведённая величина для 1 м2 составит: 1 / 0,15 = 6,67 (штук), то есть регистр коллектора указанной площади будет состоять из 7 трубок.

Рассчитываем тепловую мощность одной трубки, что позволит определить необходимое их количество для удовлетворения средней потребности в энергии. Получаемая от одного нагревателя мощность из расчёта потребления на день рассчитывается из соотношения: N = S * I * K, где:

  • N — мощность одной трубки;
  • S — площадь поглощения одной трубки;
  • I — показатель величины инсоляции для Подмосковья;
  • K — коэффициент полезного действия в минимальном размере.

N = 0,15 * 1173,7 * 0,67 = 117,95 киловатта в час на метр квадратный.

Средний показатель выработки энергии за сутки составит (с учётом продолжительности светового дня) для Подмосковья 0,325 киловатта в час. А годовая экономия с одного квадратного метра составит: 117,95 * 7 = 825,6 киловатта в час.

Таким образом, выработка тепловой энергии солнечным коллектором в 2,35 квадрата достигает 8 киловатт в день. Обратившись к началу, можно убедиться, что коллектор приведённой величины полностью отвечает потребностям в горячей воде для семьи из трёх человек.

Приведённая методика весьма условна, однако, как показывает практика, вполне достоверна для определения основных параметров коллектора.

Самодельный солнечный коллектор

Мощности одного коллектора достаточно для семьи из трёх человек

Подготовительные мероприятия

Приняв решение об изготовлении солнечного коллектора своими руками, необходимо осуществить ряд обязательных мероприятий по его подготовке:

  • произвести предварительный расчёт по указанной выше методике для определения конструкции и физических размеров устройства;
  • выполнить эскизный проект коллектора и водопроводной системы утилизации тепла, на его основании составить материальную ведомость;
  • закупить материалы, крепёж и недостающий инструмент.

Чем более внимательно выполняется этот этап, тем меньше придётся бегать впоследствии за недостающим.

Простейший коллектор из шланга

Солнечный водонагреватель своими руками можно изготовить из различных материалов

Материалы и инструменты, технология сборки

Рассматриваем потребность в материалах и изделиях параллельно с описанием технологии изготовления солнечного коллектора. Такая работа может быть выполнена в следующем порядке.

Изготовление корпуса

Для этого понадобятся:

  • влагозащищённый материал для задней стенки. Это может быть многослойная водостойкая фанера, пластик или другие подобные материалы;
  • доска строганая хвойных пород 150х32 мм. Все детали из дерева нужно обработать антисептиками и противопожарными пропитками;
  • утеплитель рулонный;
  • степлер строительный для крепления утеплителя изнутри корпуса;
  • фольга алюминиевая для создания отражающей поверхности по утеплителю;
  • поликарбонат сотовый или монолитный по размеру корпуса толщиной 4 мм. Отверстия для его крепления должны располагаться не ближе 4 см от края листа, поэтому нужно учесть этот фактор при определении размера. Можно устанавливать с напуском. Желательно приобрести материал без защитного слоя от ультрафиолета, при этом нагрев будет происходить и в пасмурную погоду;
  • уплотнитель из пористой резины (лента — самоклеящаяся) под поликарбонат.
Последовательность сборки:
  1. Стенки из доски крепятся к задней стенке винтами самонарезающими длиной 50 мм при помощи шуруповёрта с шагом 25–30 см.
  2. Устанавливается утеплитель, крепление производится строительным степлером скобами не короче 10 мм.
  3. Поверх слоя утеплителя устанавливается отражающая поверхность из фольги.
  4. На торец досок корпуса наклеивается уплотнитель.
    Корпус коллектора

    Фольга защищает утеплитель от теплового излучения абсорбера

Монтаж коллектора

Изготавливая этот ответственный узел своими руками, можно использовать стальные штампованные радиаторы от холодильника или отопления. Для этого необходимо:

  1. Перед установкой радиатор нужно окрасить чёрной матовой краской, используя кисть малярную или валик.
  2. Установить его в корпус через прокладки с зазором порядка 20 мм от задней стенки, закрепить самонарезающими винтами к задней стенке.
    Установка в каркас

    Радиатор устанавливается на фольгу

  3. Подключить выходную трубу коллектора, используя изделие из металлопластика с внутренним диаметром порядка 20 мм.
  4. Подключить обратку из того же материала.
    Подключение труб

    Для подвода воды можно использовать трубы ПВХ

По окончании сборки коллектора установить лицевую стенку из поликарбоната. При этом отверстия под винты должны быть на 1–1,5 мм больше диаметра винтов для компенсации теплового расширения.

Монтаж контура

Операция выполняется в соответствии с ранее разработанным проектом в следующем порядке:

  1. Выполнить разводку к бойлеру косвенного нагрева, подключить к патрубку его внутреннего контура, представляющего собой теплообменник.
  2. Провести разводку от бойлера к коллектору, предусмотрев установку циркулярного насоса и индукционного нагревателя.
    Разводка труб к баку

    В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды и забора нагретой

  3. Назначение подогрева двойное: главное — предотвращение замерзания коллектора при критически низких температурах наружного воздуха, дополнительное — повышение температуры в системе до нужного уровня при тех же условиях. Использование индукционного нагревателя обязывает к установке циркулярного насоса. При этом необходимо предусмотреть защиту от включения нагревателя без него.
  4. Закольцевать контур подключением трубы разводки к обратке коллектора.
    Схема конструкции солнечного коллектора

    В зависимости от типа конструкции может понадобиться установка датчиков температуры, ТЭНов, воздухоотводчиков

По ходу монтажа нужно определить высшую точку системы и установить на ней клапан стравливания воздушных пробок. В нижней точке нужно установить сливной кран для удаления теплоносителя в аварийных условиях.

Производя сборку системы, нужно применять материалы для уплотнения резьбовых соединений в виде льняной пакли или уплотнительного материала из фторопласта.

Сборка системы

Операция заключается в установке коллектора в корпусе на место постоянного расположения. Это должен быть южный склон кровли здания. Порядок выполнения работ:

  1. Поднять коллектор на крышу и закрепить его с нужным углом.
    Установка коллектора на крыше

    Коллектор устанавливается под углом

  2. Выполнить отверстия в кровельном пироге для проводки выходной трубы и обратки.
  3. Соединить трубы в общий контур.
  4. Заполнить систему теплоносителем, включить циркулярный насос (без индуктора) и проверить контур на протечки, при необходимости — устранить их.
  5. Герметично заделать отверстия в кровле.
  6. Изолировать трубную разводку собранного контура утепляющими материалами.

Видео: как самостоятельно сделать солнечный коллектор

Особенности использования солнечных коллекторов

Система отопления или горячего водоснабжение в доме постоянного проживания всегда находится под контролем, что позволяет использовать её с минимальным набором контрольных приборов. Всегда есть возможность вовремя отреагировать на изменения погоды или возникновение критических нарушений в её работе.

В условиях дачного дома нужно предусмотреть ряд блокировок от различных сбоёв, вплоть до полной безопасной остановки работы. Это предполагает использование дорогостоящей аппаратуры. Для дачного варианта также весьма полезной будет возможность установки дежурного режима, позволяющего поддерживать в помещениях минимальную необходимую температуру во время длительного отсутствия хозяев.

В замкнутых двухконтурных системах всегда сохраняется возможность использования нагретой воды из бойлера как для системы отопления, так и для бытовых нужд. Длительное отсутствие хозяев предполагает, что бытового расхода не будет, а автоматизация отопления — давно отработанная операция.

Использование солнечной энергии эффективно и целесообразно. Покупные водонагреватели могут стоить достаточно дорого, но их применение позволит сэкономить на электроэнергии. Кроме того, простую модель солнечного коллектора можно изготовить самостоятельно, из подручных материалов.

Поделиться:





2012-2017 © UltraTerm. Все права защищены. Любое копирование материалов сайта разрешено только при условии публикации активной ссылки на первоисточник.